性状分离比的模拟实验 数字资源应用学科融合教案-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

《性状分离比的模拟实验》教学设计 主 题 《性状分离比的模拟实验》的改进和创新 学 科 生物 课 时 1课时 姓 名 XXX 背景 分析 一、教材分析： 本模拟实验是人教版2019高中生物必修2《遗传与进化》第1章第1节《孟德尔的豌豆杂交实验（一）》中的内容。通过模拟雌雄配子的随机结合来探讨杂种后代性状分离比，体验孟德尔提出的假说，进一步明确分离定律的实质，也能为基因的自由组合定律认识和理解奠定坚实的知识基础。 课标要求：3.2.3阐明有性生殖中基因的分离和自由组合使得子代的基因型和表现型有多种可能，并可由此预测子代的遗传性状。“模拟植物或动物性状分离的杂交实验”属于《普通高中生物课程标准（实验）》中活动建议。 二、学情分析 1.高一学生有一定的观察、对比、分析、推理等能力；但实验操作、改进和实验结果的分析为学生的弱项。 2.经过必修一的学习，学生已经有了基本的高中生物学科素养，本实验的实验方法步骤都能看懂，而且学生合作意识较强。 3.学生通过本节第一课时的学习，对孟德尔一对相对性状的杂交实验过程和假说有了初步了解，但需要体验孟德尔的假说来理解分离定律的本质。 教学重难点 1.教学重点：体验孟德尔假说的验证过程，理解模拟实验是如何验证孟德尔假说的。对数据进行收集、记录、统计、概括和推理，得出杂合子自交后代性状分离比。 2.教学难点：设计改进实验、进行实验、实验数据的统计、分析及实验拓展。找出基因分离定律的实质，在直观模拟的基础上抽象出本质。 3.突破重难点：创设情境，激发学生的学习兴趣，让学生在自主合作、设计实验等一系列活动中，掌握运用知识，逐步突破重难点。 学习 目标 1.生命观念：通过体验孟德尔的假说，感知生命的神奇，从感性上认识遗传因子的分离、配子的随机结合与性状之间的数量关系。 2.科学思维：构建数学模型，提高学生建模思维,直观模拟的基础上抽象出本质。帮助学生形成了解决问题的良好思维习惯，还着重培养了批判性思维。 3.科学探究：设计、修正、完善并实施实验方案，理解分离定律的过程，提高分析、推理、实验设计、动手操作能力，掌握科学探究的一般方法。 4.社会责任：通过这次模拟实验学生学会了合作与分享，养成严谨求实、勇于实践、勇于创新的科学精神和态度。 问题 框架 教材中的实验有什么需要改进的地方： (一）材料选择不足 1.不足之处：实验材料是小桶和彩球各20个。假设高中班学生50人左右，若每次实验时2人一组，则需要小桶50个，彩球1000个，成本较高，另外利用率低。 2.改进方法：曾采用扑克牌、硬币、掷骰子等等材料2种颜色的彩球验。经过实验，最终选择采用牙签（红色与黄色）代替彩色小球，牙签筒代替小桶来模拟实验。实验材料由教师准备改为由学生自制和采集，成本较低，且利用率高。 （二）不能客观模拟自然界雌雄配子的数量关系 1.不足之处：教材模拟雌雄配子的彩球数量各有20个，数量少且是相等的。实际上，几乎所有有性生殖的生物，产生的雄配子数量远远多于雌配子数量。 2.改进方法：模拟了自然界雄配子数量一般多于雌配子这一关系，适当增加雄配子数目，雄配子160个，雌配子100个。随着配子数目的增加，其雌雄配子结合的随机性就越大，实验的结果就更具有说服力。 （三）难以模拟雌性配子结合的随机性 1.不足之处：由于小球数量较少，摇动充分与否难以把握，操作时经常忘记闭眼，而且由于容器较大，彩球的抓取并不能保证随机性。 2.改进方法：牙签筒都只留一个出口孔，实验过程中只需来回摇动、翻转牙签筒，通过出口孔观察并记录即可，操作简单。避免了每次操作都需要用手混匀小球、抓取小球的步骤，保证了成对遗传因子分离的随机性。 （四）实验耗时长 1.不足之处：靠一个人独立完成所有操作的时间过长，按100次计算，要20 min以上，对一节课来讲耗时过长，不适用于常规教学。另一个人记录数据，容易出错。 2.改进方法：将2人一组改为4人一组的学生实验。其中两位同学一人一个性状分离模拟器专职操作，另两名同学分别记录结果并进行统计，运用小程序“腾讯文档”进行记录。 方法 策略 1.启发式教学法：提出问题，引导学生积极主动地学习。 2.任务驱动法：讨论式演绎推理，围绕任务展开学习。 3.小组合作探究法：对性状分离比的模拟实验进行设计、修正、完善并实施验证。 教学活动设计 课前学习活动 活动目标 学习要求 课前准备 1.学生自由分组，4人一组，共12组。 2.设计符合本校的实验方案,进行预实验，对实验进行改进。 3.准备实验材料：每组牙签筒2个、每组牙签共260根（一个牙签筒100根，另一个牙签筒160根）、红墨水1瓶（其中染色130根，红色牙签代表D配子，黄色牙签代表d配子）、平板电脑12台。 数字资源 学科网、平板电脑、芦笋录屏、VR虚拟模拟实验软件 课堂教学活动 活动目标 步 骤 通过小组合作探究感受实验改进的作用，激发学生创新的灵感，体会实验的科学性和真实性。 一、复习回顾，情境导入 1.复习回顾：回顾孟德尔豌豆杂交实验过程，复习孟德尔假说的四个内容。 2.情境导入：杂合子 F1 产生精子和卵细胞的种类是肉眼看不见的，我们能不能通过一些材料来模拟遗传因子的分离以及配子的随机结合，从而得知受精卵的种类及比例，归纳出性状之间比例关系呢？二、合作探究，模拟实验 1.介绍实验实验原理、实验材料。 2.介绍实验操作步骤及操作注意事项。 （1）注意实验安全； （2）要获得特定的比例关系，样本的数量应足够大； （3）科学实验中，无论实验结果是否正确，都需要将结果如实记录； （4）学会合作，善始善终。 3.对实验结果作出假设：牙签的组合有3种，理论上应出现DD：Dd：dd=1：2：1，显性：隐性=3：1。 4.学生进行小组合作，共同完成实验操作： (1)摇匀：摇动牙签筒，使黄色和红色的牙签混合均匀。 (2)翻转：翻转瓶身，一般有一根牙签掉出来，模拟D和d的分离。 (3)记录：用Excel记录牙签颜色，红色牙签代表D，黄色代表d。 (4)放回：将牙签重新放回牙签筒，摇匀，重复上述步骤100次。 5.小组讨论与交流：发现问题，解决问题，比如在实验时会同时出现2根牙签，这就需要重新操作，多增加操作次数。依据Excel记录表，进行总结和分析，分析实验结果跟预期差异较大的原因。 三、汇报结果，总结分析 1.小组展示实验结果，将实验数据通过腾讯文档发送给教师，教师汇总全班数据。 2.教师指导学生构建数学模型，提高学生建模思维和建模能力。 3.学生自评和互评：找出实验中的不足之处，进行误差分析，提出实验的改进方法，认识到实验次数与实验结果的关系。 4.师生点评以及互动：运用 Excel 表格进行统计，运用 Excel 强大的计算能力，统计全班各组合的总数和平均值。过全班展示交流，总结出实验的注意事项及改进方法。教师对学生的实验方案进行鼓励性评价和适当点评，典型的实验方案加以强调。 5.得出结论：发现重复次数越多，实验结果越接近性状分离比3∶ 1。性状分离比的条件：子一代产生两种配子，数量相等，活力相同；雌雄配子结合机会相等；子二代个体存活机会相等；样本数目足够多；完全显性等。 四、拓展延伸 1.随机软件抽取：利用软件《班级优化大师》的随机抽取功能进行抽取雌雄配子。电脑操作可保证随机性，利于学生自主学习数字化实验模式逐渐走进高中课堂。 2.有层次、分阶段拓展教材实验：教材中为1对基因分离定律性状分离比的模拟，对学生的思维提升稍显不足，在此基础上增设了2对基因符合自由组合定律的性状分离比，通过此实验，让学生对分离定律和自由组合定律的实质有更为直观的认识。 3.巩固提升 结题作业：完成活动小组的实验探究报告。 活动作业：查阅相关资料，设计实验：对基因符合自由组合定律的性状分离比进行验证。 数字资源 学科网、平板电脑、国家中小学智慧教育平台、希沃白板5、软件班级优化大师、Excel表格 课后作业 活动目标 作业（活动）要求 扩展延伸，提现学生在课堂中的主体性，做到循序渐进地完成学习目的。 1.随机软件抽取：利用软件《班级优化大师》的随机抽取功能进行抽取雌雄配子。电脑操作可保证随机性，利于学生自主学习数字化实验模式逐渐走进高中课堂。 2.有层次、分阶段拓展教材实验：教材中为1对基因分离定律性状分离比的模拟，对学生的思维提升稍显不足，在此基础上增设了2对基因符合自由组合定律的性状分离比，通过此实验，让学生对分离定律和自由组合定律的实质有更为直观的认识。 3.巩固提升 结题作业：完成活动小组的实验探究报告。 活动作业：查阅相关资料，设计实验：对基因符合自由组合定律的性状分离比进行验证。 数字资源 实验报告册、国家中小学智慧教育平台、量子奖状 板书设计 性状分离比的模拟实验 一、实验原理 二、实验方案 三、小组合作探究 四、实验结果分析 总结反思 （一）教学亮点 1.变“验证性实验”为“验证-探究”一体性实验； 2.“教师主导性实验”转变为“学生沉浸式实验”； 3.与现代信息技术相结合,善于利用本校资源； 4.实验材料源于生活，操作简单，主要锻炼学生科学思维。 （二）教学不足 1.实验材料相对简陋； 2.操作相对单一。 3.趣味性不够强 （三）教学启示 本次实验教学中引导学生对原有的实验材料或过程进行改进与创新，将生活中常见材料应用在实验教学中，整个教学设计充分体现了教师为主导、学生为主体的教学观念。对实验教学进行再加工的同时，要回归课本，做到“一核”引领，围绕“四层”，兼顾“四翼”，不忘立德树人的任务。模拟实验的结果受模型的限制，得出的结论不完全可靠，实验方案需要在实践中不断改进和逐渐完善的过程，在今后的教学中将会继续寻找更好的实验方案。 应用的数字资源 学科网、芦笋录屏、国家中小学智慧教育平台、软件班级优化大师、Excel表格、希沃白板5、量子奖状、VR虚拟模拟实验软件等 学科网（北京）股份有限公司 $